利用生物质电厂灰制备AlN/SiC复合陶瓷粉末的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用生物质电厂灰制备AlN/SiC复合陶瓷粉末的方法。其技术方案是：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(3~10)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5~60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1600~1700℃条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得AlN/SiC复合陶瓷粉末。其中：氮气流量为0.05~0.25L/min；生物质电厂灰为生物质电厂入炉燃料燃烧后的产物，SiO2含量>60wt%；碳素材料中的C含量>90wt%，粒度<0.1mm，碳素材料为炭黑、活性炭、石墨和焦炭中的一种。本发明专利技术具有原料丰富、生产成本低、易于工业化生产和固体废弃物的综合利用的特点。

【技术实现步骤摘要】
利用生物质电厂灰制备ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末的方法
本专利技术属于ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末
，具体涉及一种利用生物质电厂灰制备ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末的方法。
技术介绍
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，同时也是唯一可再生的碳源。生物质能通常用稻壳、秸杆、树皮等“绿色能源”作为燃料来发电。随着生物质电厂的发展，以稻壳、秸杆和薪材等生物质为原料进行发电，将产生大量电厂灰。这种固体废弃物如不能进行资源化利用，将会对环境造成污染。生物质电厂灰的主要成分为3102和残余的碳以及Al、Fe、Ca、K、Mg等杂质元素。若能将其进行综合利用，形成生物质-发电-原材料循环经济产业链，将完全解决生物质能电厂废料的环境污染问题。由于生物质电厂灰的化学成分与稻壳灰有很大差异，含有的杂质元素较多，并不能简单的作还田处理，其高效综合利用已成为亟待解决的问题。SiC是一种强共价键化合物材料，具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、耐辐照、高硬度、高弹性模量、高热导率、高温强度好、热膨胀系数小、抗热震性能好等优良性能，已经在航空航天、机械、冶金、能源、环保、化工等
得到了广泛的应用。如果SiC中有A1N结合的话，会得到更好的热导率和更好的抗化学侵蚀性的二元系统，具有更好的高温物理、化学、力学性能。对于ΑΙΝ/SiC材料的研究一直受到国内外研究人员的广泛关注。国内学者近年对该材料也进行了大量研究，并取得较大的进展。目前合成ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末主要是采用:以A1N和SiC为原料的喷雾造粒法；以铝粉、氮化硅粉、炭黑为原料的原位合成法；自蔓延高温合成法和化学气相沉积法。但是采用的原料SiC、Si3N4和铝粉等均由高温反应制得，其工艺复杂，生产耗能和成本高。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的就是要提供一种原料丰富、固体废弃物综合利用、工艺简单，生产耗能小和成本低的利用生物质电厂灰制备ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末的方法种。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是:先按3102与(:的摩尔比为1:(3~10)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5~60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1600~1700°C条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末；其中，氮气流量为0.05~0.25L/min。所述的生物质电厂灰为生物质电厂入炉燃料燃烧后的产物，生物质电厂灰中的Si02含量>60wt% ;所述燃料为稻壳、薪材和稻杆。所述的碳素材料中的C含量>90wt%，粒度〈0.1mm ;碳素材料为炭黑、活性炭、石墨和焦炭中的一种。由于采用上述技术方案，本专利技术所采用的生物质电厂灰和碳素材料来源广泛，工艺简单，合成的复合陶瓷粉末中A1N和SiC以及物相由原料经过碳热还原氮化反应生成，原料中的杂质元素Fe转化为Fe3Si，充分利用了生物质电厂灰的化学组分，为高性能陶瓷材料的制备提供了优良的原料。本专利技术实现了工业废弃物-生物质电厂灰的综合利用，采用的原料并非高温反应制得的SiC、Si3N4和铝粉，故工艺简单、生产耗能小，不仅能够降低ΑΙΝ/SiC复合陶瓷材料的生产成本，且能促使生物质-发电-原材料的循环经济产业链的形成。因此，本专利技术具有原料丰富、工艺简单、生产成本低、易于工业化生产和固体废弃物的综合利用的特点。【附图说明】图1为本专利技术制备的一种ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末XRD图谱。【具体实施方式】下面结合【具体实施方式】对本专利技术作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。本【具体实施方式】中:所述的生物质电厂灰为生物质电厂入炉燃料燃烧后的产物，燃料为稻壳、薪材和秸杆。实施例中不再赘述。实施例1`一种利用生物质电厂灰制备ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末的方法。先按Si02与C的摩尔比为1: (3~6)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5~45分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1600~1650°C条件下煅烧3~6小时，随炉自然冷却至室温，制得ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末。本实施例中:所述氮气流量为0.05~0.15L/min ;生物质电厂灰的Si02含量大于65wt% ;所述碳素材料为炭黑，炭黑中的C含量大于99wt%，粒度小于20 μ m。实施例2一种利用生物质电厂灰制备ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末的方法。先按3102与(:的摩尔比为1:出~10)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合10~50分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1650~170(TC条件下煅烧2~5小时，随炉自然冷却至室温，制得ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末。本实施例所述氮气流量为0.10~0.20L/min ;生物质电厂灰的Si02含量大于60wt% ;所述碳素材料为活性炭，活性炭纯度大于99%，粒度小于100 μ m。实施例3一种利用生物质电厂灰制备ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末的方法。先按Si02与C的摩尔比为1: (5~10)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合15~55分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1600~170(TC条件下煅烧3~6小时，随炉自然冷却至室温，制得到ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末。本实施例所述氮气流量为0.15~0.25L/min ;所述生物质电厂灰的3102含量大于65wt% ;所述碳素材料为焦炭，焦炭中的C含量>90wt%，粒度小于100 μ m。实施例4一种利用生物质电厂灰制备ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末的方法。先按Si02与C的摩尔比为1: (3~5)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合20~60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1650~170(TC条件下煅烧5~8小时，随炉自然冷却至室温，制得到ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末。本实施例中:所述氮气流量为0.05~0.15L/min ;生物质电厂灰的Si02含量大于75wt% ;所述碳素材料为石墨，石墨中的C含量>95wt%，粒度小于50 μ m。本【具体实施方式】所采用的生物质电厂灰和碳素材料来源广泛，实现了工业废弃物-生物质电厂灰的综合利用，采用的原料并非高温反应制得的SiC、Si3N4和铝粉，故工艺简单、生产耗能小，不仅能够降低ΑΙΝ/SiC复合陶瓷材料的生产成本，且能促使生物质-发电-原材料的循环经济产业链的形成。 本【具体实施方式】合成的ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末的XRD图谱如图1所示，图1为实施例1所制备的一种ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末XRD图谱，可以看出，主要物相为A1N和SiC。合成的复合陶瓷粉末中A1N和SiC物相由原料经过碳热还原氮化反应生成，原料中的杂质元素Fe转化为Fe3Si，充分利用了生物质电厂灰的化学组分，易于工业化生产，为高性能陶瓷材料的制备提供了优良的原料。因此，本【具体实施方式】具有原料丰富、生产成本低、易于工业化生产和固体废弃物的综合利用的特点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用生物质电厂灰制备AlN/SiC复合陶瓷粉末的方法，其特征在于所述方法是：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(3~10)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5~60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1600~1700℃条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得AlN/SiC复合陶瓷粉末；其中，氮气流量为0.05~0.25L/min。

【技术特征摘要】
1.一种利用生物质电厂灰制备ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末的方法，其特征在于所述方法是:先按3102与(:的摩尔比为1: (3~10)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5飞0分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和160(Tl70(rC条件下煅烧21小时，随炉自然冷却至室温，制得ΑΙΝ/SiC复合陶瓷粉末；其中，氮气流量为0.05、.25L/min。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：员文杰，邓承继，樊明宇，李君，祝洪喜，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：